bab iv permodelan struktur - · pdf filetugas akhir si-40z1 ... bab iv permodelan struktur...

Tugas Akhir SI-40Z1 Retrofitting Struktur Bangunan Beton Bertulang di bawah Pengaruh Beban Gempa Kuat

Hengki Putra Sahana 15004003 Saga Hayyu Suyanto Putra 15004028

IV - 1

BAB IV

PERMODELAN STRUKTUR

IV.1 Deskripsi Model Struktur

Kasus yang diangkat pada tugas akhir ini adalah mengenai retrofitting struktur bangunan

beton bertulang dibawah pengaruh beban gempa kuat. Sebagaimana dipaparkan pada bab

pendahuluan, mengenai latar belakang kasus, retrofitting ini merupakan jawaban dari

permasalahan faktual yang ada pada saat ini dimana bangunan eksisting yang telah

didesain dengan peraturan gempa yang lama dilakukan ’penyembuhan’, dalam hal ini

penambahan elemen struktur, guna mencapai batas prasyarat yang diijinkan pada revisi

peraturan lama tersebut.

Fokus Retrofitting yang dilakukan pada tugas akhir ini yakni menambahkan elemen

struktur pengaku berupa bracing baja konsentrik pada sisi-sisi luar dari struktur bangunan

lama. Perlu diketahui bahwa struktur bangunan lama yang dijadikan model untuk kasus

pada tugas akhir ini adalah struktur bangunan dual system, yakni menggunakan pengaku

shearwall, yang dalam kasus ini kondisi bangunannya ’sakit’, atau lebih tepatnya tidak

memenuhi prasyarat desain tahan gempa dari peraturan revisi yang baru. Jumlah struktur

bangunan dual system yang akan di-retrofitting adalah 3 buah dengan masing-masing

lantainya yakni struktur bangunan dual sytem 10 lantai, dual system 15 lantai dan 20

lantai.

Denah dari struktur bangunan dual system yang akan di-retrofitting adalah typical, yakni

terdiri atas 5 bay untuk masing-masing arah x dan y dengan dimensi sebagaimana

terlihat pada gambar berikut ini;



IV - 2

Gambar 4.1 denah struktur

Kemudian masing-masing struktur bangunan dual system tersebut dimodelkan secara tiga

dimensi sebagai portal terbuka dengan menggunakan software ETABS 9.0. Sebagai

gambaran bahwa setelah permodelan selesai dilakukan, melalui software ini struktur akan

di analisis secara statik non linear.

Berikut ini adalah tampak tiga dimensi dari struktur bangunan untuk masing-masing

bangunan dual system yang akan di-retrofitting :

x

Y

Shearwall

kolom

balok

pelat



IV - 3

Gambar 4.2 model struktur Dual system tampak 3 dimensi

Berikut ini adalah tampak tiga dimensi dari struktur bangunan dual system untuk masing-

masing lantai yang telah di-retrofitting menggunakan konsentrik steel bracing pada

perimeternya :

Dual system 10 lantai





IV - 4

Gambar 4.3 model struktur retrofitting ( Dual system + bracing ) tampak 3 dimensi

Dual system + bracing 10 lantai





IV - 5

Permodelan struktur bangunan ini didesain dengan menggunakan beton dengan kuat

tekan 30 Mpa dan tulangan baja dengan kuat tarik 400 Mpa. Pada perkuatan struktur

bangunan tersebut, retrofitting, digunakan profil I dengan BJ37, yaitu baja mutu sedang

dengan fy 240 Mpa dan fu 370 Mpa.

IV.2 Pembebanan Struktur

Perencanaan pembebanan struktur ini dimaksudkan untuk memberikan pedoman dalam

menentukan beban-beban yang bekerja pada struktur bangunan. Secara umum, beban

direncanakan sesuai Pedoman Perencanaan untuk Rumah dan Gedung (SKBI-

1.3.53.1987) sebagai berikut:

1. Beban Mati

Beban mati adalah seluruh bagian bangunan yang bersifat tetap dan tidak terpisahkan dari

bangunan yang dimaksud selama masa layannya. Beban mati yang diperhitungkan dalam

model ini adalah 5000 N/m2.

2. Beban Hidup

Beban hidup yang diperhitungkan adalah untuk bangunan gedung perkantoran sebesar

2500 N/m2.

3. Beban Gempa

Beban gempa berdasarkan percepatan gempa pada wilayah 3 SNI 1726-2002 dengan

percepatan pada batuan dasar (Ca) : 0.23 g.



IV - 6

Seluruh beban tersebut diperhitungkan dengan faktor perbesaran dan kombinasi sebagai

berikut:

1. 1.4 D

2. 1.2 D + 1.6 L

3. 1.2 D + 0.5 L ± 1.0 E

4. 0.9 D ± 1.0 E

Keterangan ;

D = beban mati

L = beban hidup

E = beban gempa

Dengan masing-masing beban gempa (E) merupakan kombinasi gaya gempa arah acuan

dan 0.3 gaya gempa arah tegak lurusnya.



IV - 7

IV.3 Pemodelan Elemen Struktur

Dalam pembuatan model struktur pada software ETABS 9.0, masing-masing elemen

struktur digambarkan dengan sistem grid dengan titik pusat sumbu pada lokasi pusat

massa bangunan di lantai dasar.

1.Pondasi

Pada desain permodelan pondasi diasumsikan bahwa pondasi memberikan kekangan

translasi dan rotasi yang cukup pada semua arah sumbu bangunan. Berdasarkan asumsi

tersebut, pondasi dimodelkan sebagai perletakan jepit pada lantai dasar bangunan, yakni

terletak pada ujung-ujung bawah kolom lantai dasar.

2.Pelat

Pada software ETABS 9.0, pelat lantai dapat dimodelkan menjadi tiga tipe yang berbeda,

antara lain:

1. Shell

Pelat lantai dengan jenis ini memiliki kekakuan membran pada kedua arah tegak lurus

bidang dan out-of-plane bending stiffness

2. Membrane

Pelat lantai dengan jenis ini hanya memiliki kekakuan membran pada kedua arah tegak

lurus bidangnya

3. Plate

Pelat lantai dengan jenis ini hanya memiliki out-of-plane plate bending stiffness

Permodelan struktur dalam tugas akhir ini menggunakan tipe pelat lantai dua arah

membrane sehingga beban yang bekerja nantinya akan didistribusikan ke balok pada

kedua arah bidang tegak lurus pelat yang dimaksud. Pelat lantai juga dimodelkan untuk

bekerja sebagai rigid diaphragm karena lantai tingkat dan atap dengan ikatan struktur

gedung model dianggap sangat kaku pada bidangnya terhadap beban kerja horizontal.



IV - 8

3.Balok

Balok dimodelkan sebagai elemen frame dengan memiliki hubungan (joint) yang kaku

sehingga momen-momen maksimum tempat terjadinya sendi plastis adalah pada kedua

ujung balok. Untuk memperhitungkan pengaruh retak pada beton ketika terjadinya

gempa, momen inersia penampang balok direduksi sehingga momen inersia efektif yang

digunakan hanya 35% dari momen inersia awal. Faktor reduksi inersia ini berdasarkan

SNI-03-2847-2002. Berikut ini adalah salah satu contoh penampang balok T, yakni yang

digunakan pada permodelan struktur 10 lantai :

Gambar 4.4 model penampang balok T untuk struktur 10 lantai

4.Kolom

Kolom dimodelkan sebagai elemen frame dengan memiliki hubungan (joint) yang kaku

sehingga momen-momen maksimum tempat terjadinya sendi plastis adalah pada kedua

ujung kolom, namun begitu kolom yang diperbolehkan plastis hanya kaki-kaki kolom

lantai dasar. Inersia kolom direduksi menjadi 70% dari momen inersia awal. Berikut ini

adalah 3 contoh penampang kolom, yakni yang digunakan pada permodelan struktur 10

lantai :



IV - 9

Gambar 4.5 model penampang kolom untuk struktur 10 lantai

5.Shearwall Shearwall dimodelkan sebagai elemen wall dengan tipe membran sehingga hanya

diizinkan berdeformasi searah bidang shearwal tersebut tanpa adanya rotasi

6. Elemen Batas Shearwall

Kolom-kolom pada boundary element shearwall diperbolehkan mengalami plastis

dengan syarat bahwa sendi plastis berada di kaki-kaki dinding geser dan pada ketinggian

h yaitu nilai terbesar antara lw (lebar dinding geser) atau Mu/4Vu dengan Mu adalah

momen ultimit di kaki dinding geser dan Vu adalah gaya geser ultimit di kaki dinding

geser.

Gambar 4.6 model shearwall dan boundary element

Shearwall Boundary element



IV - 10

7. Bressing

Bressing dimodelkan sebagai elemen frame dengan memiliki hubungan (joint) yang kaku

dan tidak di-release terhadap momen meski hanya akan mengalami leleh akibat aksial.

Seluruh bressing diperbolehkan mengalami sendi plastis pada elemen bressing sebagai

mekanisme saat terjadinya gempa kuat.

IV.4 Karakteristik Permodelan

Permodelan yang dibuat dalam tugas akhir ini memiliki beberapa karakteristik

perencanaan sebagai batasan analisis yakni diantaranya sebagai berikut:

Model kasus yang diteliti merupakan struktur Dual System dan Dual

System+Bracing dengan jumlah lantai 10 (T=1-1,8 detik) ,15 (T=1,5 -2,4 detik)

dan 20 lantai (T=2-3,6 detik).

Peninjauan sendi plastis dianggap hanya terjadi pada ujung-ujung balok, kaki

kolom bawah dan kaki komponen batas bawah dari dinding geser serta ujung-

ujung batang bracing.

Kategori gedung yang digunakan pada penelitian ini adalah gedung umum yakni

peruntukannya adalah terkait penghunian, perniagaan, dan perkantoran, sehingga

memiliki faktor keutamaan, I, sebesar I = 1,0.

Faktor reduksi gempa, R = 5,0.

IV.5 Pemodelan Sendi Plastis

Untuk analisis elastik, elemen-elemen struktur yang kaku tidak membentuk sendi

sehingga tidak memberikan pengaruh bagi perilaku elastik struktur, sementara pada

analisis nonlinier terjadi perubahan perilaku elemen dari kondisi awalnya yang kaku

menjadi sendi sehingga perlu dilakukan pendefinisian sendi plastis dalam model struktur

yang dieksekusi. Properti sendi plastis yang di-define pada rangka memberikan batasan

perpindahan akibat gaya rotasi akibat momen sehingga terbentuk sendi plastis pada lokasi

yang ditentukan.



IV - 11

Berbagai tipe elemen struktur yang diizinkan membentuk sendi plastis, plastic hinge

didefine sebagai berikut:

1. Kolom

Pada kolom, sendi plastis dapat terbentuk pada kedua ujungnya akibat komb

lentur tekan pada kedua arah bekerjanya beban gempa, sehingga sendi plastis

didefine sebagai default PMM

2. Balok

Pada balok, sendi plastis akan terbentuk pada kedua ujung balok akibat momen

pada arah terlenturnya sehingga sendi plastis pada balok di-define sebagai default-

M3

3. Bressing

Pada bressing, sendi plastis dapat terbentuk pada kedua ujungnya akibat gaya

aksial pada batang bressing, sehingga sendi plastis di-define sebagai default-P

Sebagai gambaran, berikut ini disajikan feature / opsi pada software ETABS 9.0 yang

dapat digunakan untuk mendefinisikan plastic hinge :

Gambar 4.7 feature pada ETABS 9.0 terkait dengan pendefinisian frame hinge



IV - 12

IV.6 Batas Simpangan Antar Tingkat

Story drift merupakan nilai simpangan antar tingkat pada suatu struktur akibat beban

lateral gempa rencana, yang dalam hal ini berupa percepatan maksimum di batuan dasar.

Faktor yang mempengaruhi nilai story drift antara lain kekakuan struktur dan daktilitas

struktur. Struktur yang kaku akan memiliki nilai story drift yang kecil dibanding struktur

yang fleksibel. Kekakuan struktur ini antara lain oleh elemen struktur penahan gaya

lateral seperti kolom, dinding geser, dan bressing.

Kekuatan dan kekakuan elemen vertikal akan jauh berkurang dalam menahan beban

lateral apabila nilai interstory drift melebihi nilai batas interstory drift. Parameter

keruntuhan global yang diambil mengikuti ketentuan UBC-97 sebagai berikut:

ΔM = 2.5%h untuk T ≤ 0.7 detik

atau

ΔM = 2.0%h untuk T ≥ 0.7 detik

Dimana :

ΔM = Perpindahan maksimum inelastik struktur

R = Faktor reduksi gempa

h = Tinggi antar tingkat

Hal tersebut diatas memiliki pengecualian,yakni apabila dapat dibuktikan pada struktur

yang didesain bahwa simpangan antar tingkat yang melebihi batas tersebut tidak

memberikan ancaman keselamatan.

bab iv permodelan struktur - · pdf filetugas akhir si-40z1 ... bab iv permodelan struktur...

Documents